[汽車創(chuàng)新三大驅動力]系列之一:解決電動化和電池測試挑戰(zhàn)的方法探討

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電動化、網聯(lián)化、智能化以及它們獨特的測試挑戰(zhàn)和解決方案，正在驅動整個汽車行業(yè)新一輪革命。本系列文章的討論順序是電動化、網聯(lián)化和智能化，智能化雖然放在最后但依然同樣重要，例如自動駕駛。探討這三個趨勢，從第一個驅動力開始——電動化和電池。

圍繞電動汽車和電池的最大問題之一，是如何提高單次充電的容量和續(xù)航里程。而圍繞續(xù)航能力有一些關鍵績效指標，同樣圍繞電池的效率、加速和快速充電能力也有一些關鍵績效指標。我們今天看到的趨勢是鋰離子電池，但在未來，我們將看到向固態(tài)的轉變。這主要是由固態(tài)電池帶來的重量減輕和密度增加所推動的，而重量是影響車輛續(xù)航能力的一個關鍵因素。

距離VS持續(xù)時間：對電池性能來說，哪個更重要？ 

為了提高單次電池充電的續(xù)航能力，需要增加能量容量，有兩種潛在的方法可以做到這一點。 第一，可以增加車輛中每個電池組的電池單元數(shù)量，但由此也會帶來車輛的價格和重量增加，這對續(xù)航能力和消費者來說都不是好事。 第二，可以增加以每小時瓦特為單位的電池能量密度，事實上，這也是目前業(yè)界正在追求的道路。

市場在考慮提高電池續(xù)航能力時，還采取了另一種方法，即從傳統(tǒng)的電池-模塊-電池組的方法演變，完全跳過模塊，直接從電池到電池組，從而減輕車輛的重量。 此外，還需要在電池組中的能量與如何有效地將其轉化為實際推動車輛前進的能量之間進行有效的能量轉換，這就是牽引電機的轉換效率。

在電池改進方面，正在研究的三個主要事項是增加每小時的瓦特數(shù)，從電池模塊包中移除模塊，完全跳過模塊，以及有效的能量轉換。 那么，在這三個方面最大的挑戰(zhàn)是什么？哪一個面臨的挑戰(zhàn)最大？首先讓我們看一下電池的屬性。

電動汽車的五個電池屬性

在電池中，有五個主要屬性需要考慮。

●   能量密度

●   成本

●   為車輛充電和供電的速度

●   電池壽命

●   安全性

汽車應用對電池的獨特要求包括某些設計上的考慮，這些考慮超出了消費電子產品的要求。 例如，汽車應用有更嚴格的技術要求，如電池壽命需要持續(xù)10~15年，還需要能夠在-30~52 ℃的溫度范圍內正常運行。 最后，它們的成本應該低于每千瓦時一百美元。 單一的電池技術或化學成分要達到以上這五個屬性的所需水平，將是非常具有挑戰(zhàn)性的。

鋰離子電池的最大缺點是容易過熱，在非常高的電壓下容易損壞。 在電池的使用壽命中，能量儲存能力也會減少。未來，當我們轉向固態(tài)電池時，其中一些權衡因素將不再是一個問題。

圍繞動力系統(tǒng)和電池的測量挑戰(zhàn)

在動力系統(tǒng)方面，電動馬達的功率和效率是評估和與電池存儲相互作用的決定性變量，它們決定了電動汽車的里程和續(xù)航能力。在動力系統(tǒng)方面，一些特定的測量，如機械測量、DQ測量、DQ0測量以及電氣測量，對確定其能量轉換效率非常重要。在電池方面，不同的測試方法是針對電池級、模塊級和系統(tǒng)級而開發(fā)的。 一旦把它們打包，用于電池級的相同儀器也可以用于系統(tǒng)級。 從電池的角度來看，一些常見的測量方法是圍繞著內阻測量（這是一個直流測量）、開路電壓（這是在靜置一段時間后，電池兩端的電壓測量）。除了這些鋰離子電池的特征，還有泄漏電流、充電和放電脈沖等。

汽車系統(tǒng)測量的挑戰(zhàn)

電池制造商正致力于提高電池的壽命，減少充電時間和提升能量密度。因此，當我們考慮電池組水平時，有一些汽車測試項比其他測試項更為重要，例如使用Keithley 2400系列SMU進行母線焊接測試。當我們把不同的電池放在一起時，我們需要檢查不正確的焊接，因為這會產生過多的熱量，從而導致電池性能不佳，甚至失效。然后是溫度和環(huán)境測試，以及自放電測試。電池管理系統(tǒng)是一種智能系統(tǒng)，可以監(jiān)測電池組的充電狀態(tài)和健康狀態(tài)，電池管理系統(tǒng)的測試需要滿足標準。

符合測試標準

要想大幅擴大電動汽車市場，僅靠電池技術的進步是不夠的。政府法規(guī)和標準是至關重要的，此外，還需要完善配套充電基礎設施，以減少司機對車輛行駛里程的焦慮。就泰克而言，我們是多個標準組織的成員，并積極參與這些新興測量科學的進一步研究。例如，泰克是JEDEC委員會、JC-70、70.1、70.2工作組的成員。最近在APEC 2022上，泰克提交了一篇關于DQ0的三相電機論文，使用MSO5B系列評估電機機械性能的關鍵測量方法。新的測量方法正在設計和規(guī)范中，泰克與行業(yè)合作伙伴和標準機構密切合作，以確保我們能夠準確可靠地測量所有這些領域。

根據行業(yè)估計機構預測，到2030年，電池市場預計將以約30%的復合年增長率增長，達到約4,000千兆瓦時的產能——相當于未來10年新增約90個千兆工廠。